一种变压器局部放电超声波检测及精确定位装置与方法

文档序号:9666250阅读:695来源:国知局
一种变压器局部放电超声波检测及精确定位装置与方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于输变电领域,具体涉及一种利用局部放电时所发出的超声波传输特 性,检测并精确定位变压器内部局部放电点的方法与装置。
【背景技术】
[0002] 在大型电力变压器中,对局部放电量的测量是检验其绝缘特性行之有效的方法。 通过测量局部放电量,可以帮助工程技术人员掌握该设备的绝缘水平的变化过程。但是,它 不能给人们提供其局部放电发生的部位。在现场的测试中,局部放电点的位置确定,有利于 对某些特殊局部放电问题的正确判断。我们知道,电力变压器中,在某些部位发生一定量值 的局部放电是可以接受的,但是,在某关键部位却会引起重大事故发生。因此,在变压器中, 局部放电点位置的确定,不仅能对局部放电测量的结果作出较好的解释,而且,对变压器缺 陷的维修具有很大的帮助,同时还可以帮助改善变压器的设计。
[0003] 现今的变压器超声波局部放电监测方法,是利用球面定位法、双曲面定位算法或 其它定位算法进行定位。不管采用哪种算法,定位时采用超声波在20°c温度下油中传播速 度1400m/s或其它相近值作为常量进行计算。但是超声波在变压器内部的传输经过纸板、 油、钢板等复合介质,变压器油的温度也随着环境温度、变压器负荷、变压器内部不同位置 的变化而大不相同,采用油中某一确定温度下的超声波传播速度代替实际的超声波波速存 在较大的误差,但是目前在现场进行检测时没有更好的办法直接确定超声波在变压器内部 不同材质和复杂的温度场中的等效波速。

【发明内容】

[0004] 为了克服上述【背景技术】的缺陷,本发明提供一种变压器局部放电超声波检测及精 确定位装置与方法,利用现场实测得到的超声波在变压器内部的传播速度计算,并配合双 曲面法进行变压器内部局部放电点的精确定位。
[0005] 为了解决上述技术问题本发明的所采用的技术方案为:
[0006] 一种变压器局部放电超声波检测及精确定位装置,包括中央控制器,以及连接于 中央控制器的微处理器和控制面板,还包括数个设置在变压器油箱侧壁上的声测探头,各 个声测探头各自连接一个信号转换通道板,各个信号转换通道板通过总线连接于中央控制 器;信号转换通道板包括依次连接的放大器、采样保持器、A/D转换器、高速缓冲存贮器,前 置放大器的输入端用于从声测探头接收信号,高速缓冲存贮器的输出端用于连接中央控制 器。
[0007] 较佳地,各个声测探头通过采集器连接于通道板。
[0008] 较佳地,包括至少6个声测探头,各个声测探头随机设置在变压器油箱的侧壁上。
[0009] 较佳地,微处理器的输出端连接有绘图机、磁盘机和显示器。
[0010] 较佳地,高速缓冲存贮器为128K存贮器,总线包括控制总线、数据总线和地址总 线。
[0011] 本发明还提供一种应用上述装置对变压器局部放电进行超声波检测及精确定位 的方法:用设置在变压器油箱上的声测探头测量局部放电产生的声波,通过信号转换通道 板各探头接收到声波信号的时间输送至中央处理器,由中央处理器计算出放电点所在位置 的坐标,在变压器油箱各侧面分布设置声测探头阵列中,第一个接收到声信号的声测探头 为参考探头,由参考探头发出的声信号触发其余声测探头,参考探头和其余各个声测探头 被触发启动的时间由各自对应的采样部件获取后送入系统,并由系统记录;
[0012] 将参考探头和其余声测探头中的各个探头为依次组合为一组探头对,以各组探头 对为焦点、以该组探头对所包括的两个探头被触发启动的时间差为定值,逐个求出所有探 头对所对应的双曲面,求得的各个双曲面的交点即为放电源的位置。
[0013] 较佳地,求各个双曲面交点的具体步骤包括:
[0014] 步骤1,计算超声波在油箱的传播速度V ;
[0015] 步骤2,放电源声信号到达各探头播时间
其中,i= 1,2,3......,m-1,m,m是声测探头总数,各个探头5;的坐标为(X;,y;,zj,放电点 P所在位置的坐标为(x,y,z);
[0016] 步骤3,设参考探头为Si,则其余声测探头S2,……SJ妾收到声信号的时间相对于 参考探头Si接收到声信号的时间差为:
[0017]
[0018] 步骤4,联立步骤2和步骤3的方程求解,得到X,y,z的值,即为放电点P所在位 置的坐标(X,y,Z)。
[0019] 较佳地,计算超声波在油箱的传播速度V的具体方法为:
[0020] 步骤11,在油箱的一侧设立超声波发射源F,超声波发射源F的坐标为(Xf,yf, zf);
[0021] 步骤12,设置在油箱侧壁上的m个声测探头的坐标为(Xi、yi、Zi);
[0022] 步骤13,超声波探头与超声波发射源之间的距离
[0023] 步骤14,超声波发射源所发出声波到各个声测探头的传播速度 超声波发射源发出信号与第i个声测探头接收到信号的时间差;
[0024] 步骤15,求m个传播速度Vi的平均值作为超声波在油箱的传播速度V。
[0025] 较佳地,在步骤4之后还包括步骤5,对所求得的放电点P所在位置的坐标(X,y, z)进行校验,具体校验方法为:
[0026] 步骤51,将所求得的放电点P的坐标(x,y,z)代入步骤2放电源声信号到达探头 Si的传播时间
_的公式,依据h求步骤 3其余声测探头S2,……Si妾收到声信号的时间相对于参考探头S^妾收到声信号的时间差
[0027] 步骤52,测量得到声测探头S2,……Si妾收到声信号的时间相对于参考探头S^妾 收到声信号的实际时间差Mt2 ^Mt3^……Mk1;
[0028] 步骤53,求步骤51所得Tt2dTt3 ^……IX!与步骤52所得Mt2dMt3 ^……Mt^ ! 的差值
[0029]
[0030] 步骤54,判断差值是否在系统所设定最小测时误差的范围之内,若是,则将放电点 位置的坐标(X,y,z)输出,若否,则进入步骤55 ;
?.
[0031] 步骤55,求解差分方程 得出 ?-:? ΔX,Δy,Δζ;设aK=X,bK=y,cκ=ζ,求
;.将aK+1,bK+1,cK+1 赋值给χ,y,ζ得 出经校正的放电源的位置坐标(x,y,z);回到步骤51。
[0032] 较佳地,最小测时误差的范围设定为小于1μs。
[0033] 本发明的有益效果在于:本发明所述的装置将声测法应用于变压器油箱的放电检 测,将声测探头通过信号转换通道板连接于中央控制器等部件。声测法属于非电量测量,由 于这种非电量测量在测量中不受外界电气的干扰,因此具有其明显的优点。根据超声波的 定向传播特性,在一定的媒质中有一定的定向传播速度,用它来测定局部放电的部位也具 有较高的实用价值。本发明采用双曲面定位计算法,选用声触发的检测系统,即在分布于 油箱各侧面的所有声测探头阵列中,选用以第一个声信号到达时一路声信号触发其余声信 号,测量系统开始采样工作,通过测量后序到达的局放声信号不同的传播时间和传感器的 几何位置,将参考探头和其余声测探头中的各个探头为依次组合为一组探头对,以各组探 头对为焦点、以该组探头对所包括的两个探头被触发启动的时间差为定值,逐个求出所有 探头对所对应的双曲面,求得的各个双曲面的交点即为放电源的位置。通过本发明的装置 和方法计算检测和定位放电源具有灵明度高、准确度高,不受外界干扰的特点。且本发明的 方案再得出放电源位置坐标后,还设置了对其进行校验的步骤,进一步提高检测和定位的 准确性。
【附图说明】
[0034]图1为本发明实施例的装置结构示意图;
[0035]图2为本发明实施例信号转换通道板的结构示意图;
[0036] 图3为本发明实施例的布置坐标系的示意图,
[0037] 图4为本发明实施例的方法求各个双曲面的交点即放电源的位置流程图。
[0038] 图中:1_中央控制器,微处理器,控制面板,4_信号转换通道板,前置放大 器,6-采样保持器,7-A/D转换器,8-高速缓冲存贮器,9-绘图机,10-磁盘机,11-显示器, 12-总线。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0040] 本实施例提供一种变压器局部放电超声波检测及精确定位装置(图1),包括中央 控制器1,以及连接于中央控制器1的微处理器
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